CN105629069A - 一种长链路阻抗上扬幅度预算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长链路阻抗上扬幅度预算方法，包括如下步骤：(1)获得长链路所包含的每条线路的直流电阻；(2)判断长链路是单端线还是差分线；(3)若长链路是单端线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻成正比；若长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路直流电阻之和成正比。本发明能够给出与链路阻抗更匹配的终端器件的要求，提高链路阻抗一致性和信号完整性。

Description

一种长链路阻抗上扬幅度预算方法

技术领域

本发明涉及一种预算方法，特别是一种长链路阻抗上扬幅度预算方法。

背景技术

在链路阻抗的测试方法中，以时域反射原理的测试方法为主，该测试方法是通过在测试起点发射信号，该信号以信号波的形式随时间在标准阻抗线缆和传输线上传输移动，当遇到阻抗不匹配点时，信号波将被反射，相应的反射波会与入射波发生叠加，通过监测叠加波对应的电平随时间变化曲线，可以推测出阻抗不匹配点，并通过该阻抗不匹配点前后电平变化量，即反射信号，与入射信号电平之比计算出反射系数，从而利用时域反射原理的瞬时阻抗公式和相关软件获得链路瞬时阻抗随时间的关系。

由于链路是有损导体，发射信号电平在传输中的时延差，导致一部分电信号保留在导体中，通过有损导体辐射，从而影响到终端的阻抗值。因此，一般情况下，测试起点与设计值相近，而随着时间的延伸，阻抗有逐渐升高的趋势，即阻抗上扬。并且，若构成链路的线路很短，即线路长度小于3inch时，链路的阻抗上扬基本体现不出来；而对于线路长度在3inch以上的长链路，容易出现阻抗上扬。

随着通讯业的发展，在通讯基站的建设中对层数高、尺寸大、链路长的背板的需求日益增多，而在背板的设计中，链路终端链接的元器件的阻抗值需与该链路的阻抗相匹配。因此为了提高带有长链路的背板设计的准确性，需要对长链路的阻抗上扬幅度进行预算。

同时，链路包括单端线和差分线，单端线链路由一条线路构成，差分线链路由两条线路构成；相应的，单端线的阻抗上扬幅度是指从发射端到接收端的阻抗上扬幅度，而差分线的阻抗上扬幅度指从发射端到接收端的阻抗上扬幅度，一般用差模阻抗来描述，即从信号测试差分阻抗端口的一个测试点发出，从同一测试端的另外一个接触点接收，可以理解为差分两条线路的串联。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在于提供一种长链路阻抗上扬幅度预算方法,该方法可以预算长链路阻抗上扬幅度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种长链路阻抗上扬幅度预算方法，包括如下步骤：

(1)获得长链路所包含的每条线路的直流电阻；

(2)判断长链路是单端线还是差分线；

(3)若长链路是单端线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻成正比；若长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路的直流电阻之和成正比。

进一步的，若所述长链路是单端线，长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻的正比关系满足下式(1)：

ΔZ＝a·R+b……(1)；

其中ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，R为构成该长链路的单条线路的直流电阻；系数a的取值范围为[0.093，1.07]，系数b的取值范围为[-1ohm，+1ohm]；

若所述长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路的直流电阻之和的正比关系满足下式(2)：

ΔZ＝a·(R1+R2)+b……(2)；

其中ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，R1和R2分别为构成该长链路的两条线路的直流电阻，系数a的取值范围为[0.093，1.07]，系数b的取值范围为[-1ohm，+1ohm]。

进一步的，所述长链路包含的每条线路的直流电阻可以通过直流电阻公式计算或实际测量获得。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、一种长链路阻抗上扬幅度预算方法，该方法能够给出优化链路终端匹配的阻抗值，提高端接位置阻抗一致性，从而提高背板设计的准确性。

2、通过所述的一种长链路上扬幅度预算方法，可以获得一种控制长链路阻抗上扬幅度的方法，该控制方法可以通过对构成链路的线路线宽和厚度的控制实现。

附图说明

图1为不同链路直流电阻下的阻抗上扬幅度随电阻变化关系图；

图2为不同长度传输线的差分TDR曲线(阻抗)上扬情况直观图。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

一种长链路阻抗上扬幅度预算方法，包括如下步骤：

(1)长链路阻抗上扬幅度与构成长链路的每条线路的直流电阻有直接关系，因此，需要获得构成单端线的单条线路的直流电阻，以及构成差分线的两条线路各自的直流电阻；

(2)由于链路分为单端线和差分线，单端线由一条线路构成，差分线由两条线路构成，相应的，单端线的阻抗上扬幅度亦不同于差分线的阻抗上扬幅度，因此，还需要判断长链路是单端线还是差分线；

(3)若长链路是单端线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻成正比；若长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路直流电阻之和成正比。

进一步的，可以通过相关公式对上述的正比关系进一步约束，如下：

若长链路是单端线，长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻的正比关系满足下式(1)：

ΔZ＝a·R+b……(1)；

其中ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，R为构成该长链路的单条线路的直流电阻；系数a的取值范围为[0.093，1.07]，系数b的取值范围为[-1ohm，+1ohm]；

若长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路直流电阻之和的正比关系满足下式(2)：

ΔZ＝a·(R1+R2)+b……(2)；

其中ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，R1和R2分别为构成该长链路的两条线路的直流电阻，系数a的取值范围为[0.093，1.07]，系数b的取值范围为[-1ohm，+1ohm]。

上述公式(1)和公式(2)的系数a在(1-7％)～(1+7％)之间，即系数a的取值范围为[0.093，1.07]，该范围内系数a的取值与阻抗波动(TDR曲线)直接相关，而阻抗波动与构成链路的材料中的玻纤分布情况、线路均匀性和介质均匀性有关；系数b的取值范围为[-1ohm，+1ohm]，而具体的系数b的取值受测试点处的接触点和过孔段的电阻影响。

作为一个示例，PCB布线中，主要以铜作为导体，若长链路是单端线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻成正比，并且该正比关系满足下式(3)：

ΔZ＝1.059R+0.586……(3)，

其中，ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，R为单条线路的直流电阻；

若长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路的直流电阻之和成正比，并且该正比关系满足下式(4)：

ΔZ＝1.059(R1+R2)+0.586……(4)，

其中，ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，R1和R2分别为构成该长链路的两条线路的直流电阻，系数a对应1.059，系数b对应0.586。

上述关系式中的系数1.059和系数0.586可以通过下述具体方法获得。根据阻抗计算软件设计单端50ohm、差分100ohm的传输线。相同条件下，仅改变传输线长度(设计单端长度为5、10、15、20、40inch，差分为8、24、35、40inch)，对比不同长度的传输线阻抗上扬情况。如图1所示，描述综合统筹单端和差分不同电阻值下阻抗上扬幅度与直流电阻的变化关系(其中图中差分阻值以两条线的串联电阻为横坐标)；如图2所示，不同长度传输线的内层单端TDR曲线(阻抗)上扬情况。通过网络分析仪捕捉初始稳定值(Z₁/ohm)和终止稳定值(Z₂/ohm)，用二者差值来描述阻抗上扬幅度(△Z/ohm)，使用微电阻仪测量直流电阻(R/ohm)，测量单端线与差分线的阻抗上扬与电阻的详细情况如表1和表2所示，通过对相应数据拟合即可得到系数1.059和系数0.586。

表1不同线长的单端阻抗上扬情况

表2不同线长的差分阻抗上扬情况

背板设计中，以金属为导体，因此，线路的直流电阻可以采用相关仪表直接测量线路的直流电阻；也可以根据公式(5)计算线路的直流电阻，

$R=\frac{\mathrm{\ρ}\·l}{S}=\frac{\mathrm{\ρ}\·l}{w\·d}\mathrm{......}\left(5\right),$

其中，R为线路的电阻，w为线路的中线宽，d为线路的厚度，ρ为线路所用材料的电导率，l为线路的长度。

需要说明的是，线路加工过程中，线路的线宽和厚度均受相关工艺的影响，因此，上述公式(5)中线路的中线宽、长度和厚度均为最终成品中线宽、长度和厚度，而最终成品中线宽、长度和厚度也与设计的中线宽、长度和厚度保持一致。

对于具有长链路的背板设计，一般会使长链路阻抗与外部端接的元器件的阻抗值保持一致，因此，为了使长链路阻抗与设计值相符，可以基于上述的长链路阻抗上扬幅度的预算方法，通过减小线路的直流电阻，从而减小长链路的阻抗上扬，使长链路的阻抗满足设计要求。

构成长链路的线路长度不受相关工艺影响，因此，可以直接从设计图纸中获得；而线路线宽和厚度均受相关工艺影响，因此，为了减小线路的直流电阻，可以通过控制线路线宽和线路厚度实现。示例如下：

PCB布线中，主要以铜作为导体，导体材料铜不变，即电导率不变，以及布线位置未做调整的情况下，根据线路电阻的计算公式(5)，在电导率和线路长度一定下，线宽和线路厚度的乘积越大直流电阻越小，从而减小长链路的阻抗上扬幅度。因此，可以通过加大线宽、或增大导线铜厚或同时增大线宽和铜厚都能减少传输线的直流电阻。

而从阻抗角度来看，根据经典阻抗模型公式(6)，

$Z_0=\frac{87}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r+1.41}}ln\frac{5.98h}{0.8w+t}\mathrm{......}\left(6\right),$

其中：h为介质层厚度；w为线宽；t为铜厚；ε_r为介电常数；Z₀为特性阻抗。

为了控制线路电阻，需要加厚铜(t)、加大线宽(w)，又需要保证阻抗不变，可以从增厚导体的介质层厚度(h)来控制，即在调整线宽或铜厚时，考虑线路阻抗的设计前提不变前提下，根据经典阻抗模型公式(6),在介电常数和控制的阻抗不变条件下，增大线宽(w)或铜厚(t),可以同时调整介质层厚度(h)以保证阻抗不变。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种长链路阻抗上扬幅度预算方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获得长链路所包含的每条线路的直流电阻；

(2)判断长链路是单端线还是差分线；

(3)若长链路是单端线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻成正比；若长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路的直流电阻之和成正比。

2.根据权利要求1所述的一种长链路阻抗上扬幅度预算方法，其特征在于，若所述长链路是单端线，长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的单条线路直流电阻的正比关系满足下式(1)：

ΔZ＝a·R+b……(1)；

其中ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，ohm；R为构成该长链路的单条线路的直流电阻，Ω；系数a的取值范围为[0.093，1.07]，系数b的取值范围为[-1ohm，+1ohm]；

若所述长链路是差分线，该长链路的阻抗上扬幅度与构成该长链路的两条线路的直流电阻之和的正比关系满足下式(2)：

ΔZ＝a·(R1+R2)+b……(2)；

其中ΔZ为长链路的阻抗上扬幅度，R1和R2分别为构成该长链路的两条线路的直流电阻，系数a的取值范围为[0.093，1.07]，系数b的取值范围为[-1ohm，+1ohm]。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种长链路阻抗上扬幅度预算方法，其特征在于，所述长链路包含的每条线路的直流电阻可以通过直流电阻公式计算或实际测量获得。